(57)【要約】  レーザ加工装置は、基板（１１）の表面に形成された誘電体薄膜（１２）と、波長が４００ｎｍ帯の青色半導体レーザ（３）と、前記青色半導体レーザ（３）を駆動することにより前記青色半導体レーザ（３）に連続波のレーザ光を発生させる半導体レーザ駆動部（４）と、前記青色半導体レーザ（３）で発生した連続波のレーザ光を前記誘電体薄膜（１２）の加工対象部位に照射する照射部（２１，２２）とを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に形成された誘電体薄膜と、  波長が４００ｎｍ帯の青色半導体レーザと、  前記青色半導体レーザを駆動することにより前記青色半導体レーザに連続波のレーザ光を発生させる半導体レーザ駆動部と、  前記青色半導体レーザで発生した連続波のレーザ光を前記誘電体薄膜の加工対象部位に照射する照射部と、を備えるレーザ加工装置。
【請求項２】
前記誘電体薄膜に対して前記照射部を所定の速度で移動させるか又は前記照射部に対して前記誘電体薄膜を所定の速度で移動させる移動機構部を備える請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
レーザ照射時に、前記誘電体薄膜に対して不活性ガスを噴射するガス噴射部を備える請求項１又は請求項２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記基板に接触し又は前記基板の近傍に配置され、前記基板を加熱する加熱部を備える請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記誘電体薄膜は、窒化シリコンからなる請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記誘電体薄膜は、二酸化シリコンからなる請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項７】
前記誘電体薄膜は、二酸化チタンからなる請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電子デバイスの保護膜や太陽電池の反射防止膜として利用される誘電体薄膜をレーザにより加工するレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  電子デバイスにおいては、誘電体薄膜で形成された保護膜がない場合、動作が非常に不安定になる。このため、誘電体薄膜で形成される保護膜を電子デバイスに塗布している。【０００３】  また、太陽電池等では誘電体薄膜を反射防止膜として用いることで、基板側の屈折率が高い場合でも反射率を低減することができる。このため、電子デバイスや太陽電池に誘電体薄膜を形成する必要がある。基板の上部又は下部に形成された誘電体薄膜は、絶縁体であるため、電極と基板とを電気的に接続することができない。このため、誘電体薄膜を加工して除去し、基板と電極とを接合する必要がある。【０００４】  従来、誘電体薄膜を加工する方法としては、エッチングなどが用いられているが、この方法では時間がかかり、誘電体薄膜を精密に加工することができなかった。このため、レーザにより誘電体薄膜を加工していた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】G.Poulain et al./Energy Procedia 27(2012)516-521
【非特許文献２】Prog.Photovolt:Res.Appl/2009;17:127-136
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  しかしながら、ファイバレーザやＣＯ２レーザ等は、発振波長が数十μｍと比較的長波長であり、誘電体薄膜を透過し、レーザ光が基板まで到達してしまう。このため、レーザ照射による熱の影響により基板にクラックが入り、基板が割れてしまう。【０００７】  また、レーザが短波長のＵＶレーザであり、誘電体薄膜が例えば窒化シリコンである場合、波長が３００ｎｍ帯では、屈折率が大きくなるため、反射率が高くなる。このため、照射パワーを増大する必要があり、あるいは誘電体薄膜をレーザ加工できなくなる。【０００８】  また、上記レーザ加工では、一般的にパルス光を入力している。しかし、パルス光は、連続波（ＣＷ）光よりも最大出力が大きくなるため、基板が割れやすくなる。このため、誘電体薄膜のみをレーザ加工することができるレーザ加工装置の開発が望まれていた。【０００９】  本発明の課題は、基板を割ることなく、誘電体薄膜のみをレーザ加工することができるレーザ加工装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  上記の課題を解決するために、本発明に係るレーザ加工装置は、基板の表面に形成された誘電体薄膜と、波長が４００ｎｍ帯の青色半導体レーザと、前記青色半導体レーザを駆動することにより前記青色半導体レーザに連続波のレーザ光を発生させる半導体レーザ駆動部と、前記青色半導体レーザで発生した連続波のレーザ光を前記誘電体薄膜の加工対象部位に照射する照射部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】  本発明によれば、波長が４００ｎｍ帯の青色半導体レーザを用い、半導体レーザ駆動部が青色半導体レーザを駆動すると、青色半導体レーザは、連続波のレーザ光を発生し、照射部が連続波のレーザ光を誘電体薄膜の加工対象部位に照射する。すると、連続波のレーザ光は、誘電体薄膜の中を多重反射し、高エネルギーのレーザ光が誘電体薄膜内に閉じ込められる。【００１２】  これにより、誘電体薄膜での高エネルギーのレーザ光の吸収が発生し、誘電体薄膜を除去することができる。従って、基板を割ることなく、誘電体薄膜をレーザにより加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明の実施例１のレーザ加工装置の構成ブロック図である。
【図２】図２は本発明の実施例１のレーザ加工装置における誘電体薄膜のレーザ加工による除去処理を示す図である。
【図３】図３は本発明の実施例１のレーザ加工装置における誘電体薄膜に用いられる窒化シリコンの波長に対する屈折率を示す図である。
【図４】図４は本発明の実施例１のレーザ加工装置における誘電体薄膜除去を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
【実施例１】
【００１５】  以下、本発明の実施形態に係るレーザ加工装置を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施例１のレーザ加工装置の構成ブロック図である。【００１６】  レーザ加工装置は、レーザが照射される対象部１、対象部１に対してレーザを照射するレーザ照射部２、青色半導体レーザダイオード（以下、青色ＬＤと称する）３、レーザダイオードドライバ（以下、ＬＤドライバと称する）４、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと称する）６、ＸＹＺモータコントローラ７、Ｘモータドライバ８ａ、Ｙモータドライバ８ｂ、Ｚモータドライバ８ｃ、不活性ガス９を備えている。【００１７】  対象部１には、基板１１と、この基板１１の上部の表面に形成された誘電体薄膜１２と、基板１１に接触又は基板１１の近傍に配置され基板１１を加熱するヒータ１３とが設けられている。誘電体薄膜１２としては、窒化シリコン、二酸化シリコン、二酸化チタン等が用いられる。【００１８】  図２は本発明の実施例１のレーザ加工装置における誘電体薄膜のレーザ加工による除去処理を示す図である。図２（ａ）は、基板１１と誘電体薄膜１２とを示す。図２（ｂ）は、図１に示すレーザ照射部２により、誘電体薄膜１２がレーザ加工されて、誘電体薄膜１２に溝１４が形成されている状態を示す。図２（ｃ）は、誘電体薄膜１２に形成された溝１４に電極１５が埋め込まれた状態を示す。【００１９】  図３は本発明の実施例１のレーザ加工装置における誘電体薄膜１２に用いられる窒化シリコンの波長に対する屈折率を示す図である。図３に示すように、波長が短波長化するに連れて、窒化シリコン等の誘電体薄膜１２は、屈折率が大きくなり、透過に対して反射と吸収の割合が大きくなる。【００２０】  波長が３００ｎｍ帯のＵＶレーザでは、従来技術で説明したように、屈折率が大きくなり、反射率が高くなり、照射パワーを増大する必要があった。このため、本願発明では、波長が３００ｎｍ帯よりも大きい波長が４００ｎｍ帯の青色ＬＤ３を用いることで、反射率をより小さくし吸収をより大きくしている。青色ＬＤ３は、波長が４００ｎｍ帯で且つ１０Ｗ程度の連続波（ＣＷ）の高輝度な青色光を出力する。青色ＬＤ３の波長としては、例えば、４０５ｎｍ、４５０ｎｍが用いられ、コア径が例えば１００μｍである。【００２１】  青色ＬＤ３の出力光は、図示しない集光レンズで集光されて、ファイバ２１に出力される。【００２２】  ＬＤドライバ４は、本発明の半導体レーザ駆動部に対応し、青色ＬＤ３を駆動することにより青色ＬＤ３にＣＷのレーザ光を発生させる。【００２３】  レーザ照射部２は、ファイバ２１、光学系２２、ノズル２３、ＣＣＤカメラ２４、ＸＹＺステージ２５を備えている。【００２４】  ファイバ２１は、青色ＬＤ３からのＣＷのレーザ光を光学系２２に導く。光学系２２は、集光レンズ等からなり、ファイバ２１からのＣＷのレーザ光を集光して、誘電体薄膜１２の加工対象部位に照射して誘電体薄膜１２を加工する。ファイバ２１、光学系２２は、本発明の照射部に対応する。【００２５】  不活性ガス９は、アルゴンガス、窒素ガス等からなる。ノズル２３は、本発明のガス噴射部に対応し、レーザ照射時に、誘電体薄膜１２に対して不活性ガス９を噴射する。【００２６】  ＰＣ６は、図示しないキーボードやマウス等の入力操作部、ＣＰＵ、メモリを備え、入力操作部を操作することにより、ＸＹＺステージ２５を所定の速度で移動させるための速度情報、及びＸＹＺステージ２５のＸＹＺ方向移動指示を入力してＸＹＺモータコントローラ７に出力する。【００２７】  ＸＹＺモータコントローラ７は、ＰＣ６からの速度情報、ＸＹＺ方向移動指示をＸモータドライバ８ａ、Ｙモータドライバ８ｂ、Ｚモータドライバ８ｃに出力する。ＸＹＺステージ２５は、ファイバ２１、光学系２２、ノズル２３、ＣＣＤカメラ２４を載置する。【００２８】  Ｘモータドライバ８ａは、ＸＹＺモータコントローラ７からの速度情報及びＸＹＺ方向移動指示に基づきＸＹＺステージ２５をＸ方向に所定の速度で移動させる。Ｙモータドライバ８ｂは、ＸＹＺモータコントローラ７からの速度情報及びＸＹＺ方向移動指示に基づきＸＹＺステージ２５をＹ方向に所定の速度で移動させる。Ｚモータドライバ８ｃは、ＸＹＺモータコントローラ７からの速度情報及びＸＹＺ方向移動指示に基づきＸＹＺステージ２５を所定の速度でＺ方向に移動させる。ここで、所定の速度とは、例えば、３０００ｍｍ／ｍｉｎ以下の速度である。【００２９】  即ち、ファイバ２１、光学系２２、ノズル２３及びＣＣＤカメラ２４が搭載されたＸＹＺステージ２５が、ＸＹＺ方向に所定の速度で移動することにより、ファイバ２１から青色ＬＤ３のレーザ光が誘電体薄膜１２に対して走査され、誘電体薄膜１２の照射対象部位に対してレーザ加工が行われる。【００３０】  ＣＣＤカメラ２４は、レーザが照射される誘電体薄膜１２を含む対象部１を撮像する。【００３１】  レーザ加工では、レーザ照射部２により誘電体薄膜１２の照射対象部位にレーザによる熱が加えられることにより誘電体薄膜１２が加工される。しかし、誘電体薄膜１２の温度と基板１１の温度との温度差が大きい場合には、誘電体薄膜１２が割れてしまう。【００３２】  このため、基板１１の下部に配置されたヒータ１３は、基板１１を３００℃以下程度まで加熱することにより、誘電体薄膜１２の温度と基板１１の温度との温度差を小さくして誘電体薄膜１２の割れを防止している。【００３３】  また、ノズル２３から不活性ガス９を噴射（噴出）することにより、誘電体薄膜１２への急激な加熱を緩和でき、誘電体薄膜１２の割れや基板１１の割れを防止することができ、残渣を吹き飛ばすことができる。【００３４】  次に、誘電体薄膜１２の除去処理について、図４を参照しながら、説明する。ここで、入射するレーザ光の波長をλとし、誘電体薄膜１２の屈折率をｎ１、厚みをｄとする。基板１１の屈折率ｎ２が、誘電体薄膜１２の屈折率ｎ１よりも大きいため、レーザ光の透過量の少ない青色光は、基板１１の表面で反射が発生する。【００３５】  しかし、誘電体薄膜１２の厚みｄと入射光の波長λとがｄ＝ｍλ／２（ｍはモード次数）の条件を満たすとき、入射光と反射光との電場の重ねあわせが発生する。このため、光は誘電体薄膜１２内で多重反射する。青色光は誘電体薄膜１２の厚みｄに対して、上記条件を満たすものであると考えられる。【００３６】  高エネルギーのレーザ光が誘電体薄膜１２内に閉じ込められ��ことにより、誘電体薄膜１２での高エネルギーのレーザ光の吸収が発生し、誘電体薄膜１２を除去することができる。【００３７】  また、図４に示すように、レーザ光が空気１６から誘電体薄膜１２に垂直に入射する場合に、そのときの表面反射率Ｒrefは式（１）で与えられる。Ｒref=｛（ｎair−ｎ１）／（ｎair＋ｎ１）｝２        …（１）  ここで、ｎairは、空気１６の屈折率であり、ｎ１は誘電体薄膜１２の屈折率である。【００３８】  ｎairは、１であるから、上式は、以下の式（２）となる。Ｒref=｛（１−ｎ１）／（１＋ｎ１）｝２          …（２）  式（２）からもわかるように、表面反射率Ｒrefは屈折率ｎ１の関数になっている。このため、屈折率ｎ１が大きいと、表面反射が大きくなる。【００３９】  このように実施例１のレーザ加工装置によれば、波長が４００ｎｍ帯の青色ＬＤ３を用い、ＬＤドライバ４が青色ＬＤ３を駆動すると、青色ＬＤ３は、ＣＷのレーザ光を発生し、ファイバ２１及び光学系レンズ２２が、ＣＷのレーザ光を誘電体薄膜１２の加工対象部位に照射する。【００４０】  すると、連続波のレーザ光は、誘電体薄膜１２の中を多重反射し、高エネルギーのレーザ光が誘電体薄膜１２内に閉じ込められる。【００４１】  これにより、誘電体薄膜１２での高エネルギーのレーザ光の吸収が発生し、誘電体薄膜１２を除去することができる。従って、基板１１を割ることなく、誘電体薄膜１２をレーザにより加工することができる。【００４２】  また、ＸＹＺステージ２５がＸＹＺ方向に所定の速度で移動することにより、ファイバ２１から青色ＬＤ３のレーザ光が誘電体薄膜１２に対して走査され、誘電体薄膜１２のレーザ加工が行われる。これにより、図２（ｂ）に示すように、誘電体薄膜１２に溝１４を形成することができる。【００４３】  なお、本発明は、実施例１のレーザ加工装置に限定されるものではない。実施例１のレーザ加工装置では、対象部１に対してＸＹＺステージ２５を所定の速度で移動させることで、誘電体薄膜１２をレーザ加工した。【００４４】  例えば、ＸＹＺステージ２５に対して対象部１を所定の速度で移動させても誘電体薄膜１２をレーザ加工することができる。この場合には、対象部１側に、ＰＣ６、ＸＹＺモータコントローラ７、Ｘモータドライバ８ａ、Ｙモータドライバ８ｂ、Ｚモータドライバ８ｃを設ければよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】  本発明のレーザ加工装置は、電子デバイスや太陽電池等に適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年8月17日(2018.8.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【国際調査報告】
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